Emergence of Z-Scheme Photocatalysis for Total Water Splitting: An Improvised Route to High Efficiency

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作者
Atish Ghosh,Anup Pramanik,Sougata Pal,Pranab Sarkar
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:15 (26): 6841-6851 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.4c01162
摘要

Photocatalytic water splitting to spontaneously produce H2 and O2 is a long-standing goal in solar energy conversion, presenting a significant challenge without using sacrificial electron donors or external biases. Inspired by natural photosynthesis, the design of artificial Z-scheme photocatalytic systems is at the forefront of this field. These systems achieve higher redox potential by separating photogenerated electrons and holes through a fast interlayer recombination process between valence and conduction band edges. Z-scheme photocatalysis involves using two different semiconductors with distinct bandgap energies. Here, we explore potential systems based on two-dimensional (2D) heterostructures composed of carbon, nitrogen, or similar main group elements. The advantages and disadvantages of these systems are discussed, with a focus on enhancing their efficiency through strategic design. Special emphasis is placed on the dynamics of excited charge carrier transfer and recombination processes, which are crucial for developing efficient photocatalytic systems for overall water splitting.
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